fotosintēze

Fotosintēze

Organisko vielu aprite augā(pēc Vītola 1975)

Fotosintēze

Fotosintēze

1771. gads

Dž. Pristlija eksperiments

Fotosintēze

Fotosintēze - gaismas enerģijas transformācija organisko vielu ķīmiskajā enerģijā, izmantojot oglekļa dioksīdu un ūdeni. Fotosintēze raksturīga zaļajiem augiem un fotosintezējošām baktērijām.

Fotosintēze

Redzamā gaisma – elektromagnētiskais starojums

Fotosintēze

Hloroplasts

Vaskulārajos augos fotosintēze notiek hloroplastos.

Fotosintēze

Fotosintēze

Kāpēc augi ir zaļi?

Foto no: http://www.emc.maricopa.edu/.../BIOBK/BioBookPS.html

Fotosintēze

Pigmenti

Hlorofils – salikts esteris

• Šķīst – etilspirtā, acetonā, ēterī, benzolā • Reaģējot ar sārmiem: hlorofils hlorofilids• Reaģējot ar skābēm: hlorofils feofitins• Albīnisms: hlorofils nesintezējas auga ģenētisko īpašību dēļ • Hloroze: Mg, Fe u. c. minerālelementu trūkums • Etiolācija: trūkst gaisma • Gaismas absorbcijas max. hla: 440, 660 nm; hlb: 460; 640 nm • Fluorescence: 668 nm

Hlorofila gaismas absorbcijas spektrs

Attēli no: http://www.uni-graz.at/~oberma/baum-dias/acer-campestre-3.jpg, http://www.skalnicky.cz/jpeg/Hepatica%20maxima%20fotoJ%20Peters.jpg, http://ftp.funet.fi/pub/sci/bio/life/plants/magnoliophyta/magnoliophytina/magnoliopsida/urticaceae/urtica/dioica-2.jpg

Fotosintēzes pigmenti

Hlorofils

Acer campestre–lauku kļava

Hepatica maxima –lielā vizbulīte

Urtica dioica –lielā nātre


Karotinoīdi

Karotinoīdi: tetraterpēniŠķīst: acetonā, benzolā, hloroformā Gaismas absorbcijas max.: 400-500 nm

Karotinoīdu fizioloģiskā nozīme1. Saista h (palīgpigments)2. Novērš hlorofila sadalīšanos3. Piedod ziedlapām, augļiem u. c. krāsu4. -karotīna hidrolīzes rezultātā sintezējas A vitamīns.

β karotīns

Fotosintēze

Hlorofila un karotinoīdu gaismas absorbcijas spektrs

Foto no: http://www.andrews.edu/~rjo/Photographs/Fall%20sugar%20maple%20leaves.JPG, http://www.photoseek.com/wa1usa.htmlhttp://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/schaugarten/DaucuscarotaL/BDaucuscarotaL2.jpg


Karotinoīdi

Acer saccharum–cukura kļava rudenī

Daucus carota–parastais burkāns

Acer palmatum – Japānas kļava rudenī


Fikobilīni

Fikobilīni – tetrapiroli

• Šķīst: ūdenī pēc autolīzes (nešķīst – organiskos šķīdinātājos)• Gaismas absorbcijas maksimums: 500-650 nm

Fikobilīni(sārtaļģēs, zilaļģēs)

Hromatiskā adaptācija – pigmentu pielāgošanās gaismas apstākļiem ūdenskrātuvēs:

• 34 m dziļumā nav sarkanā gaisma

• 177 m dziļumā nav arī dzeltenā gaisma

• 322 m dziļumā nav arī zaļā gaisma

• >500 m dziļumā nav arī zili violeta gaisma

Fotosintēze

Fotosintēzes pigmentu absorbcijas spektri


Foto no: http://www.ucmp.berkeley.edu/protista/rhodophyta.html, http://user.uni-frankfurt.de/~schauder/cyanos/pleurof_bg.jpg


Fikobilīni

Sārtaļģefikoeritrīns

Cianobaktērijasfikocianīns

Pigmenti

Antociāni (vakuolās)

Antociāni - glikozīdi Šķīst : ūdenī Gaismas absorbcijas max.: dzeltenajā un zaļajā spektra

daļā Antociāni fotosintēzē nepiedalās (gaismas enerģija siltuma enerģijā)

Antociānu fizioloģiskā loma augos1. Termoregulācija2. Sekmē ogļhidrātu sintēzi augos3. Palielina saistītā ūdens daudzumu4. Kalnu augos daudz antociānu

Foto no: http://www.littlemiami.com/LMI%20Levy%20Photographs/NFP-1-4%20Frosted%20Red%20Maple%20Leaf-John%20Bryan%20State%20Park-Oh.jpghttp://www.biologie.de/biowiki/Bild:Brombeere.jpg, http://www.kurowski.pl/foto/fagus_sylvatica_atropunicea_purpurea.jpg

Pigmenti

Antociāni

Acer –kļava

Rubus plicatus –krokainā cūcene

Fagus sylvatica –Eiropas dižskābardis‘Purpurea’

Hloroplasti

(1-500 hloroplastu vaskulāro augu lapu šūnā)

1 hloroplastā:40 – 50 granas;1 granā:50 – 60 tilakoīdu

Hloroplasti

• Zaļaļģēs – lentveida, diskveida, zvaigžņveida hloroplasti. Ir tilakoīdi, nav granas.

• Sārtaļģēs – hloroplasti ar tilakoīdiem.

• Cianobaktērijās (zilaļģēs) nav hloroplastu. Citoplazmā lamelāras membrānas

Fotosintēze

Fotosintēzes gaismas reakcijas

FotosintēzeFotosintēzes gaismas reakcijas

Foto no: http://www.botany.uwc.ac.za/ecotree/photosynthesis/images/photosystemmove1.gif

Fotosintēze

Fotosistēmas darbības shēma

Gaismas kvantus saista visi pigmenti, bet gaismas enerģijas → ķīmiskajā – fotosistēmas centrā hla

Redzamās gaismas enerģija

Krāsa Viļņu garums nm

Enerģija

1 einšteinā

1 kvanta

enerģija eV

Sarkana 647-740 40 1,77

Oranža 585-647 44 1,91

Dzeltena 550-585 48 2,07

Zaļa 491-550 58 2,31

Zila 424-491 62 2,61

Violeta 400-424 72 3,10

Gaismas kvantu saistīšana hlorofila molekulā

Elektronu enerģētiskie līmeņi hlorofila molekulā

Fotosintēzes gaismas reakciju norise

1. Gaismas kvantu saistīšana un ierosinātas hlorofila molekulas (hl*) izveidošanās

2. Elektronu pārnešana no hl* uz akceptoru

3. Hlorofila molekulas reģenerācija

4. Saistītās enerģijas izmantošana ATP un NADPH sintēzei

Fotofosforilācija

Fotoķīmiskāsreakcijas

Bioķīmiskāsreakcijas

O2

CO22H2O

(CH2O)

ATPNADPH

hγ

Fotosintēze

Fotosintēzes gaismas un tumsas reakcijas

Tilakoīdos Stromā

Fotosintēze

Pinus sylvestris –parastā priede

C3 tips

Hepatica nobilis – zilā vizbulīte

Quercus robur – parastais ozols


Fotosintēze

CO2 asimilācija

+

CO2 saista RbBP (ribulozobifostāts), ferments RbBP-karboksilāze.FGA (fosfoglicerīnaldehids, 3 C atomi) – pirmais savienojums (ogļhidrāts), kas sintezējas C3 tipa fotosintēzes tumsas reakcijās.

C3 tipa fotosintēzes reakcijas (Kalvina cikls)

5/6 FGA molekulu → CO2 akceptora RbBP sintēzei1/6 FGA molekulu → fruktozes, cietes, saharozes u.c. sintēzei

Fotosintēze

C3 tipa fotosintēzes tumsas (bioķīmiskās) reakcijas

Attēls no: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/C4leaf.gif

Fotosintēze

Lapa kā fotosintēzes orgāns

C4 tipa augs

C3 tipa augs

Fotosintēze

C4 tipa fotosintēzes reakciju shēma

Attēls no: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/C4leaf.gif

Mezofila šūnās → karboksilācija – CO2 piesaiste FEP (fosfoenolpiruvāts), ferments FEP-karboksilāze. Oksāletiķskābe → ābolskābe (4 C atomi), pirmie fotosintēzes tumsas reakciju produkti, tāpēc C4 tipa reakcijas.Vainaga šūnās → dekarboksilācija, CO2 → C3 cikla reakcijās.

Attēls no: http://www.expasy.org/spotlight/images/sptlt057_1.jpg

Fotosintēze

Zea mays – parastā kukurūza

C4 tips

Attēls no: http://www.nybg.org/bsci/belize/Saccharum_offininarum_1.jpg

Saccharum officinarum

Panicum miliaceum

Attēls no: http://www.botanik.uni-karlsruhe.de/garten/fotos-hassler/Panicum%20miliaceum%20BotKA%20S2.jpg

Attēls no: http://www2.mpiz-koeln.mpg.de/pr/garten/schau/Lycopersiconlycopersicum/BLycopersiconlycopersicum1.jpg

Fotosintēze

Lycopersicum esculentum – ēdamais tomāts

Jaukts C3-C4 tips

Attēls no: http://www.newfs.org/nurscat05/pix/Vitis-labrusca9150-Cathe.jpg

Vitis labrusca –Amerikas vīnkoks

Nicotiana tabacum –parastā tabaka

Attēls no: http://www.chili-balkon.de/solanaceae/bilder/nicotiana_tabacum.jpg

Fotosintēze

CAM tipa fotosintēzes reakciju shēma

Attēls no: http://www.cabnr.unr.edu/cam/images/Education/CAMDayNight.jpg

CAM tipa fotosintēzes reakcijas = C4 reakcijām, tikaikarboksilācija un dekarboksilācija atdalītas laikā nevis telpā

Attēls no: http://magnar.aspaker.no/Sedum%20acre.jpg

Fotosintēze

Sedum acre –kodīgais laimiņš

CAM tips

Attēls no: http://www.bd.lst.se/publishedObjects/10001547/Crassula_aquatica.jpg

Crassula aquatica –ūdeņu biezlape

Yucca filamentosa –Šķiedru juka

Attēls no: http://www.tarbes.fr/espaces_verts/images/photo%20economie%20eau/yucca%20filamentosa.jpg

CAM metabolisms

Classic CAM plants. Saguaro Cacti (Carnegiea gigantea) in Sonora

C3 – CAM metabolisms

)This is a Welwitschia growing in the Namib desert of South Africa. It has only two strap-like leaves (highly dissected by wind in this photo) and gets all of its water from fog. It is a Gymnosperm and exhibits C3-CAM intermediate metabolism

Fotosintēze

Gaismas enerģijas izmantošana fotosintēzē

~10%

~2%

Fotosintēzes bioloģiskā nozīme

• Gaismas enerģijas transformācija ķīmisko saišu enerģijā (1-2% Saules enerģijas)

• Sintezējas organiskas vielas (~ 2 × 1011 t gadā)• Atjauno skābekļa daudzumu uz Zemes• Novērš CO2 uzkrāšanos atmosfērā• Novērš piesārņojumu un spēj regulēt klimatu

uz Zemes

fotosintēze

Documents